Algoritmy řízení trakčního pohonu potlačující elektromagnetický hluk

Ing. Michal KRONEISL

Doctoral thesis

Abstract:

Elektromagnetický hluk je jedna ze složek akustického hluku vyzařovaného elektrickým pohonem, která vzniká v důsledku elektromagnetických sil a vibrací v elektrických strojích a dalších součástech pohonu. Použití střídače v moderních pohonech znamená zanesení nových frekvenčních složek do spektra napětí, proudu i elektromagnetického hluku. Tyto složky vznikají vlivem spínání polovodičových prvků střídače a závisí na způsobu, jakým je střídač řízen. Obvyklý způsob řízení pomocí pulsně šířkové modulace dává pohonu charakteristický zvuk. Tato práce se zabývá možnostmi, jak lze vhodným řízením střídače a pohonu dosáhnout méně rušivého akustického projevu. Nejprve je popsán vznik hluku při obvyklém způsobu řízení pomocí pulsně šířkové modulace (PWM). Dále se zabýváme náhodnou pulsně šířkovou modulací (RPWM), která vznikla modifikací klasické PWM za účelem snížení hluku pohonu a která již byla v minulosti v literatuře popsána. Kromě toho jsme navrhli vlastní řídící algoritmy založené na prediktivním řízení, které nahrazují modulaci při řízení střídače a vektorové řízení pohonu. Tyto algoritmy umožňují lépe řídit akustické projevy pohonu, zejména pak potlačit mechanické rezonance konkrétního pohonu. Všechny algoritmy byly simulovány a testovány na laboratorním pohonu s asynchronním motorem napájeným ze střídače. Zejména prediktivní algoritmy poskytují značnou flexibilitu a lze je tak přizpůsobit i pro jiné pohony se střídavým motorem.

Abstract:

Electromagnetic noise is an acoustic noise radiated from an electric drive due to electromagnetic forces and vibrations in electric machines and other parts of the electric drive. Using of inverter in modern electric drives brings additional frequency components into voltage, current and electromagnetic frequency spectra. These components appear due to inverter switching and depend on the method which is choosed to control the inverter. Usually the inverter is controlled by Pulse Width Modulation (PWM), which gives the drive the characteristic sound. In this thesis we examine few control algorithms with an intention to reduce the acoustic noise of the drive. First, we describe the noise and vibrations generation in case of a drive controlled by PWM. Then we deal with Random Pulse Width Modulation (RPWM) techniques, which have been created for reducing the noise of the drive and have been published several times. Besides the modulation techniques, we have developed control algorithms based on Model Predictive Control (MPC), which substitute modulation for inverter control and Field Oriented Control (FOC) to control the drive. These algorithms allow us to control the acoustic behaviour of the drive and to suppress mechanical resonances. All control algorithms have been simulated snad tested on laboratory induction motor drive with inverter. MPC algorithms particularly have significant flexibility and are able to be adjusted to any of AC electric drives.

Keywords

trakční pohon, asynchronní motor, elektromagnetický hluk, PWM, RPWM, prediktivní řízení, FCS-MPC

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 6. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Pavel Drábek, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics